Kaip nanotechnologijos keičia medicinos ateitį

Skelbimas

Apie nanotechnologijas ilgą laiką girdėjome tiek mokslinėje fantastikoje, tiek žiniasklaidoje, tačiau iki šiol jų nebuvo daug. Tačiau horizonte yra nauja nanotechnologijomis grįstų terapijų banga, kuri yra pasirengusi pakeisti medicinos pasaulį.

Nanotechnologija, technologinė koncepcija, kurią pirmą kartą pasiūlė Richardas Feynmanas savo 1959 m. Paskaitoje „Dugne yra daug vietos apačioje“, 1986 m. Išpopuliarėjo Erik Drexler savo knygoje „Kūrybos varikliai. “ Knygoje buvo aprašyta galimybė savarankiškai daugintis, molekulinio mastelio mašinoms, galinčioms padaryti... beveik viską.

Ši nuostata įkvėpė daugelį mokslinės fantastikos kūrinių, įskaitant Michaelio Crichtono „Prey“ ir Neilo Stephensono puikų „Deimantų amžių“. Nanotechnologijų potencialas užtruko ilgai laikas parodyti savo veidą, bet pagaliau pradedama vykdyti sudėtinga medicininė intervencija, kuri artimiausiu metu iš esmės pakeis sveikatos priežiūros pobūdį.

Nanotechnologijos ir medicina

Nanotechnologijų potencialas visa Drexlerian prasme yra beprecedentis. Tikri universalūs surinkėjai, jei mes sugalvosime, kaip juos pastatyti, iš esmės pakeis žmogaus būklę. Žinoma, dar reikia nueiti ilgą kelią. Daugeliu atvejų net nesame artimi. Kitais būdais pažanga buvo tęsiama keliais stebinamais ir naudingais būdais.

Mūro įstatymas Kas yra Moore'io dėsnis ir ką jis turi su jumis daryti? [„MakeUseOf“ paaiškina]Sėkmė neturi nieko bendra su Moore'io įstatymu. Jei tai yra asociacija, kurią turėjote, painiojate ją su Murphy įstatymu. Tačiau jūs nebuvote toli, nes Moore'io ir Murphy'io įstatymai ... Skaityti daugiau nuolat skatina nanotechnologijų pažangą - dabar mes galime gaminti tranzistorius, kurie tiesiogine prasme egzistuoja nano skalėje ir kurių skersmuo yra šimtai atomų.

Panašiai kaip medicinoje, viena didžiausių problemų yra mūsų nesugebėjimas teisingai nukreipti intervencijas. Psichoaktyviosios medicinos ir klinikinė psichologija 6 protą puoselėjantys TED pokalbiai apie psichologiją ir žmogaus elgesįŽmogaus smegenys yra sudėtingos ir painios, tai paaiškina, kodėl žmogaus elgesys yra toks sudėtingas ir painus. Žmonės linkę elgtis vienaip, kai jaučiasi visiškai kitokie. Čia yra keletas ... Skaityti daugiau pavyzdžiui, tai, ką gydytojai iš tikrųjų nori padaryti, yra stimuliuoti kai kuriuos smegenų regionus ir slopinti kitus, kad jie pasirinktinai išspręstų bet kokią problemą, kurią turi pacientas. Tai yra paprastas istorijos atsitiktinumas, kad geriausias būdas tai padaryti dabar yra skirti vaistus beje, dėl daugybės būdų, kaip jie keičia smegenis ir kūną, būna, kad yra keletas norimų efektai.

Jei chirurgai galėtų įterpti laidus į žmonių smegenis ir pasirinktinai saugiai stimuliuoti tam tikrus regionus, psichinės sveikatos srityje būtų galima išvengti šalutinio tradicinių psichoaktyviųjų vaistų poveikio. Pagrindinė technika turi jau buvo parodyta dirbti depresijoje, remiantis straipsniu Neuronas apibendrinant daugybę skirtingų klinikinių tyrimų.

Pagalvokite ir apie vėžį - ko gydytojai iš tikrųjų nori, onkologijoje - nužudyti navikines ląsteles. Gaila, kad viena geriausių navikinių ląstelių žudymo priemonių yra chemoterapija, kuri turi ir nepaprastą šalutinį poveikį, nes žudo ir įprastas ląsteles. Dėl to pacientai labai serga.

Nanotechnologijos siūlo tiesioginį įsikišimą į žmogaus kūną, galimą individo lygiu ląstelių, naudojant išmaniuosius operacinius elementus, kurie yra tokie maži, kad fiziškai netrukdo normaliam kūnui funkcija. Smulkūs pirštai padaro mažiau žalos, o mašinos, mažesnės už smulkiausią kūno kapiliarą, gali eiti visur, kur eina kraujas.

Jei jie gali būti pakankamai protingi, tokie nanomedicininiai prietaisai gali protingai pasirinkti, kur ir kaip įsikišti. Akivaizdu, kad daugiau bus įmanoma, kai inžinieriai galės sukurti robotus, kurių elgesys sudėtingesnis (pvz., gebėjimas judėti savo jėgomis), tačiau net palyginti primityvūs šių dienų nanomainai turi labai daug vertės.

Nanotechnologijos ir vėžys

Individualios DNR grandinės yra sukonstruotos taip, kad jos sulankstytų į savavališkas formas ir galėtų turėti baltymus ir ant jų surišti fermentai leidžia jiems protingai elgtis ir reaguoti į besikeičiančias žmogaus situacijas kūnas. Harvardo bioinžinierius Danielis Levneris mano, kad toks elgesys yra labai galingas.

DNR nanorobotai potencialiai galėtų vykdyti sudėtingas programas, kurios vieną dieną galėtų būti naudojamos diagnozuoti ar gydyti ligas, neturinčias precedento rafinuotumo.

Šios mašinos gali būti naudojamos kuriant narvus, kurie gali atsidaryti ar uždaryti reaguojant į chemines nuorodas pavyzdžiui, išleidžiant chemoterapiją tik tada, kai jie įsiterpia į baltymų žymenis, specialiai susijusius su naviku audiniai.

Tai leis taikyti kryptingą chemoterapiją, tuo pačiu sumažinant ar pašalinant šalutinį poveikį. Tai taip pat leis naudoti chemoterapiją, efektyvesnę už esamą, tačiau šiuo metu negali būti naudojama dėl šalutinio poveikio rimtumo.

Panašus, bet skirtingas požiūris į naudokite mažas nanodaleles iš silicio dioksido ir aukso kurie jungiasi prie naviko audinio ir prisotina naviką. Tuomet gali būti naudojami infraraudonųjų spindulių lazeriai, kurie mažai sąveikauja su žmogaus audiniais, tačiau dėl to aukso nanodalelės įkaista.

Šis procesas leidžia sudeginti tam tikras audinių vietas (tas, kurios užpildytos nanodalelėmis ir lazerio kelyje). Derindami lazerius ir dalelių pasiskirstymą, gydytojai gali labai selektyviai sunaikinti vėžio audinius. Negyvas audinys gali būti chirurginiu būdu pašalintas arba išvalytas pačios imuninės sistemos, atsižvelgiant į ligos mastą. Procedūros variantas yra naudoti tuščiavidurius aukso apvalkalus, kurie šildant išskiria naudingą chemoterapijos krūvį, leidžiant naudoti lazerius, kad būtų galima dar labiau patikslinti, kur naudojami vaistai (jei nepakanka naviko žymenų baltymų konkretus).

Nanotechnologijos ir diagnostika

Kita sritis, kurioje nanotechnologijos gali pakeisti medicinos sritį renkant medicininius duomenis. Naudodamiesi nanotechnologijomis, galima paskirstyti nanodalelio diagnostikos prietaisus visame kūne aptikti cheminius pokyčius kaip jie nutinka. Tai gali leisti atidžiau atsekti paciento sveikatą ir būklę realiuoju laiku kitais būdais.

Už kūno ribų nanotechnologijos taip pat gali būti naudojamos pagreitinti genų seką ir cheminę analizę naudojant kvantiniai taškai prijungti prie dalinių DNR sekų arba baltymų, kurie jungiasi su kitomis medžiagomis, kuriomis domisi gydytojai. Tada galite tiesiog pažiūrėti į žėrinčių elementų pasiskirstymą, kad pamatytumėte, kas buvo pavyzdyje.

Tai galėtų padaryti greitesnį, pigesnį ir patikimesnį atlikti tam tikrus testus už kūno ribų kurti testus, kurių metu paimamas nedidelis audinio mėginys, ir sekti jį pagal ŽIV genomo dalis, nustatyti infekcijas anksčiau ir dar daugiau patikimai. Stanfordo tyrėjai šią metodiką panaudojo pažeistų genų, įprastų tam tikruose vėžiuose, paieškai, kaip būdą greičiau ištirti naviko audinius:

Kadangi qdots gali stebėti kelių molekulių buvimą per ilgą laiką, tyrėjai siekia juos panaudoti tam, kad būtų sukurtas tam tikras optinis brūkšninis kodas, atspindintis įvairių lygmenis naviko žymekliai. Brūkšninis kodas gali nurodyti naviko tipą ir stadiją.

Ilgainiui, jei nanotechnologijų kūrėjai gali ir toliau miniatiūrizuoti dalis (arba skolintis metodus iš mikroschemos) Gamyba), jie galėtų pastatyti paprastas mikroskopines kameras, mažesnes už kapiliarų skersmenį (10 mikronų, arba apie 100 000 atomai skersai). Šios kameros galėtų aptikti visą kūną, paskambinus į rezultatus.

Visi šie duomenys, susintetinti kartu, galėtų sudaryti išsamų daugumos žmogaus kūno audinių žemėlapį iš kapiliarų perspektyva, parodanti visą žmogaus kūną tokio detalumo, kokio neįmanoma atlikti rentgeno ar MRT. Vienas iš pasiūlymų sukurti kažką panašaus yra vadinamasis „kraujagyslių kartografinis nuskaitymo nano prietaisas“, kurį sukūrė Frankas Boehmas, knygos „Nanomedicininių prietaisų ir sistemų projektavimas„Boehmas tiki:

Nanomedicinos diagnostika ir terapija veikia ląstelių ir molekuliniu lygmeniu, būtent ten, kur daugelio ligos procesų genezė yra […] [N] anomedicina. gali diagnozuoti ir gydyti daugelį susirgimų prieš pradedant gydymą, prieš jiems pasireiškiant galimybei plisti. [...] Galima įsivaizduoti, kad jie bus panaudotos galimybės tiksliai diagnozuoti ir kruopščiai bei nuodugniai išnaikinti praktiškai bet kokią ligos būklę, patogeninę ar toksišką grėsmė.

Nanotechnologijos ir neuromokslas

Nanotechnologijos taip pat gali pakeisti tai, kaip gydytojai gydo smegenų sutrikimus. Daiktų rinkimo dalyku gali būti įmanoma naudotis nano skalės deimantų dalelės, kuri užsidega reaguodama į smegenų elektrinį aktyvumą, paversti smegenų veiklą tokiais šviesos dažniais, kurie galėtų ištrūkti iš kaukolės ir kuriuos užregistruotų išoriniai jutikliai.

Tai leistų tyrėjams ištirti smegenis daug detaliau. Galėti pamatyti tikslius smegenų veiklos modelius būtų naudinga atskirų smegenų traukulių ir psichinių ligų dinamikai išnaikinti, tikslinės intervencijos išspręsti problemą.

Apatinėje pusėje gali būti įmanoma naudoti anglies nanovamzdelius signalams perduoti iš atskirų neuronų ir iš jų. Šiuo metu technologija yra Italijos tyrinėtojai pritaikė elektriniam aktyvumui per negyvus smegenų audinius paliekamas dėl smūgių ar infekcijų, tačiau jis taip pat galėtų būti naudojamas kuriant elektrodų tinklelius, kurie yra daug smulkesni ir labiau suderinami su biologija nei esamos technologijos, sudėtingesni implantai tuo pačiu padarydami mažiau žalos pirminiam audiniui.

Tai iš principo galėtų veikti daug didesne skiriamąja geba ir platesne apimtimi nei tradiciniai implantuojami elektrodai, leidžianti naudoti naujas smegenų implantai Smegenų ir kūno prijungimas - implantuotų kompiuterių ateitisAtsižvelgiant į dabartines techninių naujovių ir tobulėjimo tendencijas, dabar yra tinkamas laikas ištirti kompiuterinių ir žmogaus technologijų pažangą. Skaityti daugiau ir smegenis stimuliuojantys prietaisai. Net ir šiandien implantuojant gana neapdorotus elektrodus, smegenų stimuliacija daro didelį poveikį:

Taip pat galite naudoti tos pačios technikos naudojamas chemoterapijai nanoterapijos būdu tiekti kitas chemines medžiagas, tokias kaip neuromediatoriai ir psichiatriniai vaistai narkotikai į konkrečius smegenų regionus daug tiksliau (įskaitant narkotikų tiekimą asmeniui ląstelės). Kartu su geresniais neuroniniais širdies stimuliatoriais, tai taip pat galėtų apimti ir daug platesnį terapijos spektrą, įskaitant depresijos, nerimo ir net asmenybės sutrikimų gydymą.

Ši terapijos rūšis taip pat galėtų būti naudojama kuriant griežtesnes sąsajas su protezavimo prietaisais ir suteikiant daugiau bendravimo galimybių pacientams, kuriems yra užraktas.

Tokia tiksliai nukreipta technologija gali radikaliai pakeisti neurologinės medicinos praktiką. Tai gali sukelti psichiatrinę mediciną, pagrįstą duomenimis ir priklausančią nuo tiesioginės intervencijos, kuriai dar daugiau efektyvus ir egzistenciškai nuliūdęs (įsivaizduokite pirmąjį kompiuterinį virusą, galintį užkrėsti nuotaiką reguliuojančias smegenis) implantai).

Nanotechnologijos, darydamos pažangą, turės didžiulį poveikį žmogaus būklei, leisdamos mums atitaisyti ląstelių pažeidimus ir gydyti įvairius žmonių negalavimus, susijusius su naujais ir geresnių būdų, tačiau kartu reikia ir geresnio supratimo apie kūno sistemas, kurias pažeidžiame, taip pat reikia įvertinti etiką, kuri kartu su kad.

Kokia jūsų nanotechnologijų sritis medicinoje? Ar manote, kad tai yra nauja medicinos mokslo riba, ar ji pasmerkta žlugti nuo pat pradžių? Pasidalykite savo mintimis komentarų skiltyje žemiau.

Vaizdo kreditai: Nanobotai Per „Shutterstock“, „DNR gali veikti kaip nanodalelių velcro“, Autorius -„ Argonne National Labs “,„B0006421 krūties vėžio ląstelės“, Autorė Amy Dame,„Kvantiniai taškai„Argonne National Labs“,autizmo neurologinis tyrimas“, Autorius Ianas Ruotsala,„gyvenimo ranka 2„Università Campus Bio-Medico di Roma“